杂交育种与诱变育种(上课)

杂交育种与诱变育种

九十年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到下世纪３０年代，中国人口将达到１６亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机？

“中国完全能解决自己的吃饭问题，中国还能帮助世界人民解决吃饭问题”。杂交水稻之父袁隆平杂交水稻：从1976年到2006年，累计增产粮食5200多亿公斤，平均每年解决600万人的粮食问题。杂种优势：是指基因型不同的亲本相互杂交产生的杂种一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。

杂种优势主要利用杂种F1代的优良性状，并不要求遗传上的稳定。需年年制种。如水稻和玉米的杂优种，每年农科站都有供应。▷

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▷尝试1：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果你是育种专家，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？请简要写出你的思路。

尝试2、假设现有黑色短毛兔（BBEE）和白色长毛兔（bbee），你能否培育出能稳定遗传的黑色长毛兔（BBee）？请简要写出你的思路。

尝试育种尝试1参考方案1：Ｐ高抗矮不抗Ｆ１

高抗Ｆ２DDTTddttDdTtddTt高抗高不抗矮抗矮不抗ddTT矮抗ddTTddTt矮抗ddTT矮抗矮抗矮不抗ddTtddTTF3连续自交直到后代不发生性状分离杂交自交选优自交▷高杆抗病矮杆不抗病F1花药离体培养单倍体植株幼苗正常植株选择符合要求的品种秋水仙素处理幼苗DDTTXddttDdTt1DT:1Dt:1dT:1dt1DDTT：1DDtt：1ddTT：1ddttddTT矮抗单倍体育种方法依据原理：染色体变异育种年限：2年尝试1参考方案2：▷测交得纯合子黑色短毛白色长毛BBEEbbee黑色短毛BbEe黑色短毛BbEe黑短黑长白短白长BbeeBBeeBBeeBbeebbeebbee黑长白长黑长黑长白长ＰＦ１Ｆ２F3黑长白长尝试2参考方案：测交鉴定纯合子杂交选优F1间交配▷⑴你认为植物杂交育种与动物杂交育种的关键区别在哪？⑵在杂交育种中，选育工作从哪一代开始，为什么？⑶育种目的不同,育种过程不尽相同,若我们想要的理想品种为隐性纯合子,育种方法有何不同?你说我说1.什么叫杂交育种？将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。2、杂交育种依据的遗传学原理是什么？基因重组【小结】结合上述实例，请总结出有关杂交育种的以下问题。★3、杂交育种常用的方法：⑴培育植物纯合子品种：①培育隐性纯合子品种选取双亲（♀、♂）→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的个体(选优)进行推广种植。②培育显性纯合子品种选取双亲（♀、♂）→杂交→F1→自交→F2→选出表现型符合要求的(选优)→连续自交直到不出现性状分离为止即为优良品种。⑵培育动物显性纯合子品种选取双亲（♀、♂）→杂交→F1→相互交配→F2→选出表现型符合要求的个体(选优)→测交鉴定纯合子4、应用生物类型：5、优点：缺点：操作简单，可将两个或多个优良性状集中在一起。育种进程缓慢，不能创造新基因。可进行有性生殖的生物，多用于农作物育种、家禽家畜育种等。1、对新品种的要求：一般讲，杂交育种培育的新品种要符合两个要求：一是表现型符合要求，二是个体要为纯合子。这是因为在有性生殖中，纯合子性状稳定，不会出现性状分离，便于种植和管理，并且可以连续种植，例如小麦、大豆等。对于可进行无性繁殖的生物，新品种表现型符合要求就可，不必要进行基因的纯和，因为纯种、杂种并不影响后代的性状表达。例如甘薯、马铃薯。2、对亲本的要求：亲本必须具有某些（不是所有）优良性状，一般为纯合子。3、基本操作技术：最有代表性的是小麦的杂交育种。小麦进行有性杂交要经过母本去雄、母本套袋、人工授粉等。特别提醒：1、现有A、B、C三个番茄品种，A品种的基因型为aaBBDD，B品种的基因型AAbbDD，C品种的基因型为AABBdd，三对基因分别位于三对同源染色体上。若要利用上述品种培育获得aabbdd植株至少需要几年？2、小鼠的有毛、无毛分别由基因A、a控制，肤色由基因B、b控制（BB表现黑色；Bb表现灰色；bb表现白色）。假设两对基因分别位于两对常染色体上，现有一只基因型为AABb的有毛灰色鼠，欲获得无毛白色新类型小鼠，请写出杂交选育方案（供选亲本皆为纯合体）。练习：2、小鼠的有毛、无毛分别由基因A、a控制，肤色由基因B、b控制（BB表现黑色；Bb表现灰色；bb表现白色）。假设两对基因分别位于两对常染色体上，现有一只基因型为AABb的有毛灰色鼠，欲获得无毛白色新类型小鼠，请写出杂交选育方案（供选亲本皆为纯合体）。第一步：基因型为AABb的有毛灰色鼠与纯种的无毛黑色小鼠（aaBB）杂交得到子一代；第二步：选取子一代中有毛灰身(AaBb)的雌雄个体交配得到子二代，第三步：在子二代中选取无毛白色(aabb)个体即可。3：小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy），抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的三代即可）小麦第一代AABBxaabb亲本杂交↓第二代F1AaBb种植Fl代，自交↓第三代F2A_B_，A_bb，aaB_，aabb种植F2代，选矮杆、抗病(aaB_)，继续自交，期望下代获得纯合体。马铃薯第一代yyRrxYyrr亲本杂交↓第二代YyRr，yyRr，Yyrr，yyrr种植，选黄肉、抗病(YyRr)

第三代YyRr用块茎繁殖【实例分析】实例一：黑龙江省农科院用辐射方法处理大豆，培育成了“黑农五号”等大豆品种，产量提高了16％，含油量比原来提高2．5％。实例二：青霉菌最初从发霉的甜瓜上发现，这种野生的青霉菌分泌的青霉素很少，青霉素是抗菌素的一种，是第一种能够治疗肺炎、脑膜炎、脓肿等人类疾病的抗生素。但产量只有20单位/mL。后来，人们对青霉菌进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素产量很高的菌株，目前产量已经可以达到50000单位/mL～60000单位/mL。实例三：航天技术的发展，使人类利用太空资源的愿望变成了现实。自1987年以来，中国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船进行了11次航天育种搭载试验，试验品种达1200多种。太空环境条件很复杂，与地球表面主要差异是微重力（10－3克～10－6克）、宇宙射线、重粒子、变化磁场和高真空等，这些物理条件的综合作用使生物产生基因突变。

1994年江西广昌白莲研究所搭载白莲种子442粒，培育出太空莲3号等新品种，亩产达120千克，比原品种提高88％，平均粒重2．2克，最大为3．3克（原品种平均粒重为1.1克），超过出口莲子标准。试想科学家在培育“黑农五号”大豆品种和青霉菌育种的时候可能会遇到哪些问题？你能提出解决的方法吗？①基因突变是不定向性的：在诱变育种中，会产生很多的变异性状，绝大多数是人类不需要的。可以增大诱变的群体，扩大产生优良性状的概率，增加选择的机会。②优良性状不集中：某些突变个体有些性状是优良的有些是不良，很难像杂交育种一样将优良的性状集中在一起。可以从产生某一优良性状突变的菌种开始，逐步选育，如对高产突变株再进一步诱变，淘汰不良变异，选择其中既高产又稳定的突变体。最终获得由优良性状组合的新品种。【小结】结合上述实例分析，请总结出有关诱变育种的以下问题。1、概念：指利用物理因素（X射线、α射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，诱导生物产生基因突变，利用这些变异育成新品种的方法。2、原理：基因突变。基因突变在自然条件下发生的频率很低，不能满足人们的需要。因此，人们利用一些物理方法或化学方法诱发基因突变，我们称之为人工诱变。人工诱变可以提高基因突变的频率，获得大量的突变个体，提高育种效率。3、方法步骤：选取萌发的种子或幼苗→人工诱发基因突变→突变个体→选择表现型符合要求的个体培育推广4、优点：缺点：选取萌发的种子或幼苗的主要原因是：萌发的种子或幼苗细胞分裂旺盛，DNA在复制时可能由于某种因素的影响发生基因突变。由于突变的不定向性、多害少利性，使育种具有盲目性，有利个体少，因此要选育出符合要求的品种就需要处理大量的材料，工作量大。可以提高变异频率；加速育种进程；可以创造新基因新性状（大幅度的改良某些性状）。有利变异少，需要处理大量的材料，工作量大。

诱变育种除了采用常规的诱变育种方法外，还采用太空育种。太空育种主要是利用返回式卫星或宇宙飞船或航天飞机或高空气球将种子带到高空环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件使植物种子发生基因突变的作物育种新技术。我国已培育成功许多太空作物：重达300斤的

太空南瓜太空黄瓜太空葡萄（左）和普通葡萄（右）对比目前在国内外，种子搭载之前首先要进行种子的纯度检测，保证种子的纯度。搭载回来以后要进行地面第1次试种，出苗时形态性状，如株高、长势等肯定会表现很多性状分离，要对每1株进行检测。选择有良好变异的单株进行第2代种植，仍然出现非常大的性状分离，把性状不好的全部淘汰掉，把好的突变体后代再进行第3代种植。第3代种植后，把最好性状的种子搜集起来种植第4代，一般第4代很稳定，即获得了1个稳定的新品种。归纳总结四种育种方法的比较杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种依据原理常用方法优点缺点应用实例基因重组基因突变染色体变异染色体变异辐射诱变，激光诱变，空间诱变育种(太空育种）用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗花药离体培养，秋水仙素处理提高变异频率；加速育种进程；大幅度改良某些性状操作简单，可将不同个体的优良性状，集中于一个个体上用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交得F1，用F1的花药离体培养培育纯种矮秆抗病小麦自交后代不发生性状分离；可明显缩短育种年限器官较大，营养物质含量高发育延迟，结实率低有利变异少，需大量处理实验材料，具有盲目性育种周期长，需及时发现优良品种三倍体无子西瓜；八倍体小黑麦青霉素高产菌株的培育；太空辣椒的培育小麦高茎（易倒伏）抗锈病的纯种与矮茎（抗倒伏）易染锈病的纯种进行杂交，培育出矮茎抗锈病小麦品种方法复杂，成活率低杂交→自交→选种→自交杂交育种诱变育种多倍体育种单倍体育种依据原理常用方法优点缺点应用实例基因重组基因突变染色体变异染色体变异辐射诱变，激光诱变，空间诱变育种(太空育种）用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗花药离体培养，秋水仙素处理提高变异频率；加速育种进程；大幅度改良某些性状操作简单，可将不同个体的优良性状，集中于一个个体上用纯种高秆抗病小麦与矮秆不抗病小麦杂交得F1，用F1的花药离体培养培育纯种矮秆抗病小麦自交后代不发生性状分离；可明显缩短育种年限器官较大，营养物质含量高发育延迟，结实率低有利变异少，需大量处理实验材料，具有盲目性育种周期长，需及时发现优良品种三倍体无子西瓜；八倍体小黑麦青霉素高产菌株的培育；太空辣椒的培育小麦高茎（易倒伏）抗锈病的纯种与矮茎（抗倒伏）易染锈病的纯种进行杂交，培育出矮茎抗锈病小麦品种方法复杂，成活率低杂交→自交→选种→自交为提高农作物的单产量，获得早熟或既抗倒伏又抗病等性状，科学工作者往往要采取多种育种方法来培育符合农民要求的新品种，请根据下面提供的材料，设计育种方案：△△△已有的材料：A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子非生物材料：根据需要自选（1）育种方法：（2）所选择的生物材料：（3）希望得到的结果：（4）预计产生这种结果的（所需性状）的几率?试试看，你行吗？生物材料：A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子非生物材料：根据需要自选方案1（1）育种方法：杂交育种（2）所选择的生物材料：A、B。（3）希望得到的结果：矮秆抗锈病。（4）预计F2产生这种结果的（所需表现型）的几率：3/16。方案2（1）育种方法：单倍体育种（2）所选择的生物材料：A、B。（3）希望得到的结果：矮秆抗锈病。（4）预计产生这种结果的（所需表现型）的几率：1/4。生物材料：A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子非生物材料：根据需要自选方案3（1）育种方法：诱变育种（2）所选择的生物材料：C。（3）希望得到的结果：早熟水稻。（4）预计产生这种结果的（所需类型）的几率：极低或不出现。生物材料：A小麦的高秆（显性）抗锈病（显性）纯种，B小麦的矮秆不抗锈病纯种，C水稻的迟熟种子非生物材料：